CN110874158A - 触觉呈现设备 - Google Patents

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Abstract

一种触觉呈现设备，包括：面板，其具有包括多个电极的触觉呈现区域；以及控制器，其被配置为对面板进行控制。控制器被配置为将第一正弦信号和第二正弦信号同时提供给触觉呈现区域中的第一区域。第一正弦信号和第二正弦信号被提供给第一区域中的不同电极。第一正弦信号和第二正弦信号具有相同的频率和不同的相位。控制器被配置为将幅值小于第一正弦信号和第二正弦信号的参考信号提供给围绕第一区域的外围区域。

Description

触觉呈现设备
技术领域
本公开涉及一种利用静电力向人体呈现触觉刺激的技术。
背景技术
本公开的背景技术是利用静电力向人体呈现触觉刺激的触觉呈现技术。例如，US2013/0063381A公开了一种将差分电压施加到电极以呈现触觉刺激的技术。具体地，根据US2013/0063381A的技术将差分电压施加到正电极和负电极，以将正电极和负电极电容性地耦合到指尖来呈现触觉刺激。
发明内容
需要一种用于触觉呈现设备的技术，其向用户呈现不同强度的触觉刺激。
根据本公开的一个方面的触觉呈现设备，包括：具有包括多个电极的触觉呈现区域的面板以及被配置为控制面板的控制器。控制器被配置为将第一正弦信号和第二正弦信号同时提供给触觉呈现区域中的第一区域。第一正弦信号和第二正弦信号被提供给第一区域中的不同电极。第一正弦信号和第二正弦信号具有相同的频率和不同的相位。控制器被配置为将幅值小于第一正弦信号和第二正弦信号的参考信号提供给围绕第一区域的外围区域。
本公开的一个方面使得触觉呈现设备能够向用户呈现不同强度的触觉刺激。
应理解，前面的总体描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，而不是对本公开的限制。
附图说明
图1示意性地示出了触觉呈现设备的配置示例。
图2A示出了触觉呈现面板的电极布局的示例。
图2B示出了触觉呈现面板的电极布局的另一示例。
图2C示出了触觉呈现面板的电极布局的又一示例。
图3示出了触觉呈现面板的一些电极和提供给电极的信号的示例。
图4示意性地示出了触觉呈现面板的一部分的横截面及其与触摸触觉呈现面板的手指的关系。
图5示出了向电极提供信号使得只有触觉呈现面板的选择区域(选择电极)将呈现触觉刺激的方式。
图6示意性地示出了触觉呈现面板的一部分的横截面以及其与触摸图5中提供给电极的信号的图案的示例中触觉呈现面板的手指的关系。
图7示出了由控制器向可用于触觉呈现面板以呈现触觉刺激的区域中的电极提供的信号的示例。
图8示出了由控制器向可用于触觉呈现面板以呈现触觉刺激的区域中的电极提供的信号的示例。
图9A示意性地示出了触觉呈现面板的一部分的横截面及其与触摸触觉呈现面板的手指的关系。
图9B示出了两个信号的变化。
图9C示意性地示出了触觉呈现面板的另一部分的横截面及其与触摸触觉呈现面板的另一手指的关系。
图10示出了所选择的区域与手指之间的关系的示例。
图11示出了由控制器向可用于触觉呈现面板呈现触觉刺激的区域中的电极提供的信号的另一示例。
图12示出了在显示设备上显示的图像和呈现触觉刺激的区域的示例。
图13示出了呈现触觉刺激的区域中的信号图案的示例。
图14示出了呈现触觉刺激的区域中的信号图案的另一示例。
图15示出了呈现触觉刺激的区域中的信号图案的又一示例。
图16示出了呈现触觉刺激的区域中的信号图案的又一示例。
图17示出了呈现触觉刺激的区域中的信号图案的又一示例。
图18示出了呈现触觉刺激的区域中的信号图案的又一示例。
图19示出了电极驱动电路的配置示例。
图20示出了电极驱动电路的另一配置示例。
图21示出了电极驱动电路的又一配置示例。
图22示出了电极驱动电路的又一配置示例。
图23A示出了触觉呈现设备处于不同状态的时段。
图23B示出了触觉呈现时段中的电极驱动电路的状态。
图23C示出了放电时段中的电极驱动电路的状态。
图23D示出了传感器时段中的电极驱动电路的状态。
图24提供了对正弦信号对中的相位差与感觉到触觉刺激的最小电压幅值(检测阈值)之间的关系的主观估计。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本公开的实施例。应当注意，实施例仅是用于实施本公开的特征的示例，而不是限制本公开的技术范围。在附图中共同的元件由相同的附图标记表示。
这里公开的触觉呈现设备向触觉呈现面板的相邻电极提供频率相同但相位不同的正弦信号。结果，触觉呈现设备向用例如手指或触摸笔的触摸物来轻扫触觉呈现设备的表面的用户提供触觉刺激。此外，触觉呈现设备改变正弦信号的相位差。结果，提供给用户的触觉刺激的强度改变。
触觉呈现设备的配置
图1示意性地示出了触觉呈现设备的配置示例。触觉呈现设备100包括触觉呈现面板105、电极驱动电路106和控制器107。触觉呈现面板105包括支撑基板101和排列在支撑基板101上的多个电极(未示出)和多个线151。在图1中，作为示例，仅一条线利用附图标记151来设置。触觉呈现面板105的表面覆盖有绝缘膜。
触觉呈现面板105可以叠放在视觉显示单元上以一起使用。例如，支撑基板101由玻璃或树脂制成，并且电极由氧化铟锡(ITO)制成。触觉呈现设备100呈现与在视觉显示单元上显示的图像相关联的触觉刺激。触觉呈现设备100可以是未安装在视觉显示单元上的独立设备。例如，触觉呈现设备100可以是在不显示图像的情况下呈现触觉刺激的平板设备。
线151与电极驱动电路106连接。线151为电极发送用于呈现触觉刺激(触感)的信号。在图1的示例中，线151布置成沿Y轴延伸并且沿X轴彼此远离。线151的布局取决于设计。例如，触觉呈现设备100可以包括代替线151或者除线151之外的、布置成沿X轴延伸并且沿Y轴彼此远离的线。
电极驱动电路106将特定电压信号提供给线151。电极驱动电路106通过控制信号线与控制器107连接。控制器107基于关于被选择以呈现触觉刺激的区域的信息来控制电极驱动电路106。
例如，控制器107包括处理器、存储器、存储装置、以及与外部的接口。这些元件通过内部线相互连接。处理器根据存储在内存储器中的程序来工作以实施预定功能。例如，要由处理器执行的程序和参考的数据从存储装置加载到存储器。控制器107可以包括除处理器之外或代替处理器的、用于实施预定功能的逻辑电路。该配置使得触觉呈现设备100能够在所选择的区域中呈现触觉刺激。
在下文中，描述了触觉呈现面板105中的电极和线的布局的示例。所提供的仅仅是示例；线的布置和电极的布置可以根据设计而最佳地组合。图2A示出了触觉呈现面板105中的电极和线的布局的示例。在图2A中，作为示例，电极中的一个和线中的一个分别用附图标记155和151来设置。每个电极155是方形的。每个电极155远离其他电极155并且与来自电极驱动电路106的不同线151连接。
电极155和线151形成在不同的层上；线151和电极155通过接触孔连接。控制器107可以分别控制各个电极155。换句话说，控制器107可以向所有电极155提供不同的信号(电位)。电极155是例如由ITO制成的透明电极。
电极155可以具有所需的形状，其不必是方形的。一些电极155可以具有不同于其他电极155的形状的形状。在图2A中的布局示例中，电极155沿X轴和Y轴像矩阵一样布置。除了矩阵布局之外，电极155可以根据需要布局。
图2B示出了触觉呈现面板105中的电极和线的布局的另一示例。图2B示出了一些电极和线。在图2B的示例中，作为示例，电极中的一个和线中的一个分别用附图标记155和151被设置的。电极155是方形的并且它们布置成矩阵。线151和电极155形成在同一层上并且例如由ITO制成。沿Y轴布置成排的电极155与一条线151连接。每个电极155在沿X轴的方向上远离其他电极155。
每条线151在沿Y轴布置成排的电极155的端部处连接电极155和电极驱动电路106的引脚，并且还连接沿Y轴相邻的电极155。线151部分地由电极155共享。沿Y轴的电极被提供有相同的信号。该配置获得用于驱动电极155的较少数量的沟道。
图2C示出了触觉呈现面板105中的电极和线的布局的又一示例。该配置获得用于驱动电极155的较少数量的沟道。图2C示出了一些电极和线。触觉呈现面板105包括沿X轴延伸的多条线151H和沿Y轴延伸的多条线151V。作为示例，沿X轴延伸的线中的一个设置有附图标记151H，并且沿Y轴延伸的线中的一个设置有附图标记151V。
触觉呈现面板105包括多个电极155H，每个电极155H沿X轴成行布置并与线151H连接。触觉呈现面板105包括多个电极155V，每个电极155V沿Y轴成排布置并且与线151V连接。与不同线连接的电极彼此远离。作为示例，与线151H连接的电极中的一个设置有附图标记155H，并且与线151V连接的电极中的一个设置有附图标记155V。线151H和电极155H形成在同一层上并且例如由ITO制成。线151V和电极155V形成在同一层上并且例如由ITO制成。每条线151H与线151V交叉，其间插入绝缘膜以保持它们的电隔离。
当沿X轴或Y轴观察时，电极155H和155V具有菱形形状。电极155H和155V以三角形放置而进行布局。每个电极155V布置在彼此相邻的电极155H之间，并且每个电极155H布置在彼此相邻的电极155V之间。每个电极155V布置在彼此相邻的线151H之间，并且每个电极155H布置在彼此相邻的线151V之间。
每条线151H连接沿X轴成排布置的电极155H的端部处的电极155H和电极驱动电路106的引脚，并且还连接沿X轴相邻的电极155H。线151H部分地由电极155H共享。与线151H连接的电极155H被提供有相同的信号。
每条线151V连接沿Y轴成排布置的电极155V的端部处的电极155V和电极驱动电路106的引脚，并且还连接沿Y轴相邻的电极155V。线151V部分地由电极155V共享。与线151V连接的电极155V被提供有相同的信号。
对电极的信号提供
图3示出了触觉呈现面板105的一些电极155和提供给电极155的信号的示例。在以下描述中，除非另有说明，否则触觉呈现面板105具有如图2A中的电极和线的布局。在图3中，向每个电极155P1提供信号P1，并且向每个电极155P2提供信号P2。信号P1和P2被同时提供。在图3中，仅其中一个被提供有信号P1的电极设置有附图标记155P1，并且仅其中一个被提供有信号P2的电极设置有附图标记155P2。
信号P1和P2是具有相同频率以及相同幅值但是具有不同相位的正弦波。例如，信号P1表示为Asin(ωt)，信号P2表示为Asin(ωt+φ)。幅值可以是不同的，但是为了简化生成信号，它们优选地是相同的。在图3的示例中，提供有信号P1的电极155P1和提供有信号P2的电极155P2以棋盘图案布置。也就是说，与电极155P1水平和垂直相邻的电极是电极155P2，与电极155P2水平和垂直相邻的电极是电极155P1。在本说明书中，垂直方向是沿Y轴的方向，而水平方向是沿X轴的方向。
图4示意性地示出了触觉呈现面板105的一部分的横截面及其与触摸触觉呈现面板105的手指300的关系。手指300是扫过触觉呈现面板105的表面的触摸物的示例。电极155P1和电极155P2的正面覆盖有绝缘膜156。绝缘膜156设置在手指300与电极155P1和155P2之间。这里，被触摸物扫过的触觉呈现面板105的面被称为正面，而相对面被称为背面。
手指300与绝缘膜156之间的接触面与电极155P1和电极155P2相对。手指300经由绝缘膜156与电极155P1和155P2电容地耦合。手指300与电极155P1之间的振动静电力和手指300与电极155P2之间的振动静电力使得在触觉呈现面板105上滑动的手指上感觉到触觉刺激。可以通过改变信号P1与信号P2之间的相位差φ来改变触觉刺激的强度。
图5示出了向电极提供信号以使得仅触觉呈现面板105的所选择区域(所选择电极)将呈现触觉刺激的方式。在图5中，可用于触觉呈现面板105的整个区域当中的用于呈现触觉刺激的所选择区域(所选择电极)501提供触觉刺激，并且其外围区域(外围电极)不提供触觉刺激。
控制器107将信号P1和信号P2分别提供给区域501内的电极155P1和155P2。类似于参考图3描述的示例，电极155P1和155P2以棋盘图案布置。控制器107将参考信号提供给区域501外围的电极155C。参考信号P0可以是具有比信号P1和P2两者都小的幅值的交流信号或恒定电位。恒定电位的幅值为0。参考信号可以是接地电位。在图5中，作为示例，在区域501的外围的仅一个电极设置有附图标记155C。
参考信号可以是传感器电路中的参考交流信号，这将在后面描述。优选地，参考交流信号的幅值小于触觉信号的幅值，具体地，该幅值等于或小于20V。
图6示意性地示出了在提供给图5中的电极的信号P0、P1和P2的图案的示例中，触觉呈现面板105的一部分的横截面及其与触摸触觉呈现面板105的手指的关系。用户用手指300从区域501的外部扫过触觉呈现面板105到区域501中。也就是说，手指300从与提供有信号P0的电极155C相对的区域移动到与提供有信号P1和P2的电极155P1和155P2相对的区域中。
在图6的示例中，手指300与跨越区域501边界的电极155P2和电极155C相对，并与这些电极电容地耦合。根据位置，手指300与跨越区域501边界的电极155P1和电极155C相对，并与这些电极电容地耦合。手指300与提供有参考信号的电极155C的电容耦合使得区域501的边界清晰可感。同时，如果在区域501外发生了与不同手指的另一次误触，则在那里不提供触觉刺激，这是因为所有电极155C都被提供有参考信号。
图7和8示出了由控制器107向可用于触觉呈现面板105的呈现触觉刺激的的区域(触觉呈现区域)中的电极155提供的信号的示例。在图7的示例中，向一个所选择区域501提供具有不同相位的正弦信号P1和P2。可以用手指300R在区域501中感觉到触感。区域501中的信号P1和P2的图案与图3中的图案相同。
如图8中所示，向区域501以外的区域提供具有恒定电位的参考信号P0。手指300L与区域501外部的区域502接触。由于区域502中的电极155C被提供有具有恒定电位的参考信号P0，因此手指300L不会感觉到触感。
在图7和图8的示例中，正弦信号P1和P2之间的相位差
Figure BDA0002190698050000081
可以是180度。图9A示意性地示出了触觉呈现面板的一部分的横截面及其与触摸触觉呈现面板的手指的关系。图9B示出了信号P1和P2的变化。图9C示意性地示出了触觉呈现面板的另一部分的横截面及其与触摸触觉呈现面板的另一手指的关系。
如图9A至图9C所示，信号P1和P2的电位的平均值基本恒定；因此，触摸所选择区域501的手指300R几乎不受区域501中的电位变化的影响。即使手指300R和手指300L是同一个人的，手指300L也几乎不受手指300R的电位变化的影响；因此，用户可以清楚地感觉到所选择区域501与所选择区域外的区域502之间的触感差异。
此外，电流从触摸区域501的手指流入人体中。流入人体中的电流量根据正弦信号P1和P2之间的相位差
Figure BDA0002190698050000091
而变化。例如，当相位差
Figure BDA0002190698050000092
为0度时，电流从电极流入具有一定电容量的人体。此人感觉到麻木。然而，当相位差
Figure BDA0002190698050000093
是180度时，电流在电极P1和P2之间流动。电流几乎不流入人体中。因此，当相位差为180度时，人感觉不到麻木，并且因此强烈地感觉到触感。
触觉呈现面板105可以具有在空间上分离的多个选择区域501。图10示出了区域501与手指之间的关系的示例。向多个区域501中的每一个提供正弦信号P1和P2。用户可以用触摸区域501的手指300R1和300L感觉到触感，但是用触摸所选择区域外的区域502的手指300R2感觉不到触感。区域501中的信号P1和P2的图案与图3中的图案相同。
图11示出了由控制器107向可用于触觉呈现面板105的呈现触觉刺激的区域中的电极155提供的信号的另一示例。控制器107向区域501中的电极155和区域503中的电极155提供信号对，以分别为手指300R和300L呈现触觉刺激。区域501和503是分离的并且根本不重叠。控制器107向区域501和503外部的电极155提供参考信号P0。
具体地，控制器107向区域501中的电极155提供正弦信号P1和正弦信号P2的信号对。信号P1和信号P2具有相同的频率ω1但具有不同的相位(相位差
Figure BDA0002190698050000095
)。要被提供信号P1和信号P2的电极的布置可以与参考图3描述的布置相同。
控制器107向区域503中的电极155提供正弦信号P3和正弦信号P4的信号对。信号P3和信号P4具有相同的频率ω2但具有不同的相位(相位差
Figure BDA0002190698050000094
)。要被提供信号P3和信号P4的电极的布置可以与参考图3描述的布置相同。
信号P3和P4的频率ω2与信号P1和P2的频率ω1相同或不同。使得信号P1至P4具有相同频率的配置便于触觉呈现面板105的控制。信号P3与P4之间的相位差
Figure BDA0002190698050000096
不同于信号P1与P2之间的相位差
Figure BDA0002190698050000097
不同的相位差使得区域501和503能够呈现不同的触觉刺激强度。
在除了区域501和503之外的区域中的电极155被提供有具有恒定电位的参考信号P0。因此，如上所述，可以清楚地感觉到区域501和503的边界。同时，如果在区域501和503之外发生用不同手指的另一误触，则在那里不提供触觉刺激。
在图11的示例中，控制器107将相位差不同的正弦信号对提供给彼此分离(不共享任何电极)的区域501和503。结果，可以向区域501和503中的用户提供不同强度的触觉刺激。
在另一示例中，控制器107可以将相位差不同的正弦信号对提供给在分离的时段(其中没有重叠时段)中彼此重叠的两个区域或同一区域。例如，控制器107在第一时段中将信号P1和P2提供给区域501中的电极，并且在第一时段之后的第二时段中将信号P3和P4提供给区域501中的电极。
控制器107可以改变向其提供正弦信号对的区域(电极)以改变用于实际上呈现触觉刺激的区域的位置和形状。例如，控制器107可以像运动图片一样连续地移动所选择的区域。
图12示出了在显示设备上显示的图像和用于呈现触觉刺激的区域的示例。图像701随着时间在显示设备的显示区域710内移动。用于呈现触觉刺激的区域711也与图像701一起移动。具体地，用于呈现触觉刺激的区域从区域711经由区域712移动到区域713。图像701也从区域711经由区域712移动到区域713。
波形图720表示要提供给区域715中的电极的信号。在时段721中，控制器107将信号P1和P2提供给区域715中的电极。信号P1与P2之间的相位差可以是180°。在时段722中，控制器107将参考信号提供给区域715中的电极。在时段723中，控制器107将信号P1和P2提供给区域715中的电极。
在时段721结束时，区域715中的电极具有预定电位。然而，在时段722中向区域715中的电极提供参考信号，因此，在时段723中所提供的信号不受在时段721中所存储的电位的影响。如上所述，参考信号可以具有恒定电位或具有触觉信号幅值的大约百分之一的低电压振荡电位。触觉信号的频率例如是几十到几百赫兹，这是神经的振动检测阈值。
触觉信号不仅可以是单个正弦信号，还可以是包括多个频率分量的三角级数信号。相邻电极的触觉信号的频率的相同性意味着一个三角三角級数信号具有与其他三角三角級数信号的多个项相同的频率分量项而无过剩或不足。幅值的相同性意味着对应的频率分量项的系数在三角级数信号之间是相同的。例如，本公开中的触觉信号可以是矩形波信号、三角波信号和另一类型的三角级数信号。
在下文中，描述了在用于呈现触觉刺激的区域中的信号P1和P2(与其一起提供的电极)的图案的一些示例。图13示出了在用于呈现触觉刺激的区域中的信号P1和P2的图案的示例。定义每个由彼此水平和垂直相邻的四个电极组成的电极单元，并且向单元中的电极提供相同的信号P1或P2。
与要被提供信号P1的电极155P1组成的电极单元水平和垂直相邻的电极单元是由要被提供信号P2的电极155P2组成的电极单元。也就是说，要被提供信号P1和P2的多个电极单元以棋盘图案布局。
被触摸物触摸的区域350包括要被提供信号P1的电极155P1和要被提供信号P2的电极155P2。也就是说，触摸物同时与电极155P1和电极155P2电容地耦合，并同时接收来自电极155P1和电极155P2的振动静电力。
控制器107可以根据触摸物的接触面积来改变信号P1和P2的图案以提供给所选择区域。例如，在触摸物具有小接触面积的情况下，控制器107以图3中的图案提供信号P1和P2，并且在触摸物具有大接触面积的情况下，以图13中的图案提供信号P1和P2。
构成要被提供相同信号的电极单元的电极的数量可以根据触摸物的接触面积而期望地确定。例如，电极单元可由3×3个电极组成。在任何配置中，用于呈现触觉刺激的区域包括要被提供有具有不同相位的信号的相邻电极。
图14示出了在用于呈现触觉刺激的区域中的信号P1和P2的图案的另一示例。沿Y轴成列布置的电极提供有相同的信号。沿X轴彼此相邻的电极列提供有不同的信号。
具体地说，由沿Y轴成排布置并提供有信号P1的电极155P1组成的电极列与由沿Y轴成排布置并提供有信号P2的电极155P2组成的电极列沿X轴交替布置。尽管沿Y轴彼此相邻的电极提供有相同的信号，但是沿X轴彼此相邻的电极提供有信号P1和具有不同相位的信号P2。
触摸物的接触区域350沿X轴比沿Y轴更长，并且触摸物的移动方向351是沿Y轴的。接触区域350包括在任何位置的电极155P1和电极155P2。也就是说，触摸物同时与电极155P1和电极155P2电容地耦合，并同时接收来自电极155P1和电极155P2的振动静电力。
图15示出了在用于呈现触觉刺激的区域中的信号P1和P2的图案的又一示例。沿X轴成行布置的电极被提供有相同的信号。沿Y轴彼此相邻的电极行被提供有不同的信号。
具体地，由沿X轴成排布置并提供有信号P1的电极155P1组成的电极行，与由沿X轴成排布置并提供有信号P2的电极155P2组成的电极行沿Y轴交替布置。尽管沿X轴彼此相邻的电极被提供有相同的信号，但是沿Y轴彼此相邻的电极被提供有信号P1和具有不同相位的信号P2。
触摸物的接触区域350沿Y轴比沿X轴更长，并且触摸物的移动方向351沿X轴。接触区域350包括在任何位置的电极155P1和电极155P2。也就是说，触摸物同时与电极155P1和电极155P2电容地耦合，并同时接收来自电极155P1和电极155P2的振动静电力。
图14和15中所示的条纹图案有利于电极155的电位控制。如前面的描述所述，可以根据触摸物的接触面积或移动方向来选择合适的图案。此外，注意到控制器107可以向图14的示例中的两个或更多个连续列以及图15的示例中的两个或更多个连续行提供相同的信号。
图16示出了在用于呈现触觉刺激的区域中的信号P1和P2的图案的又一示例。触觉呈现面板105具有如图2C中所示布局的电极和线。线151H和与其连接的电极被提供有信号P1。线151V和与其连接的电极被提供有信号P2。提供有信号P1的电极155P1和提供有信号P2的电极155P2以三角形图案布置。
图17示出了在用于呈现触觉刺激的区域中的信号P1和P2的图案的又一示例。触觉呈现面板105具有如图2C所示布局的电极和线。每隔一行的线151H和与其连接的电极被提供有信号P1，并且剩余的线151H和与其连接的电极被提供有信号P2。每隔一行的线151V和与其连接的电极被提供有信号P1，并且剩余的线151V和与其连接的电极被提供有信号P2。
由提供有信号P1的四个相邻电极155P1组成的电极单元和由提供有信号P2的四个相邻电极155P2组成的电极单元以三角形图案布置。与图16中的图案相比，三角形的间距更大。
图18示出了在用于呈现触觉刺激的区域中的信号P1和P2的图案的又一示例。触觉呈现面板105具有如图2B中所示布局的电极和线。每隔一行的线151和与其连接的电极被提供有信号P1，并且剩余的线151和与其连接的电极被提供有信号P2。信号P1和P2的图案与图14中的图案相同。
如上所述，根据来自电极驱动电路的信号，可以针对线和电极的布局适当地改变信号的图案。
电极驱动电路
在下文中，描述电极驱动电路106的配置的示例。电极驱动电路106包括用于连接/断开至线的信号提供的开关。信号提供包括参考信号提供和触觉信号提供。触觉信号提供提供信号P1或信号P2。
图19示出了电极驱动电路106的配置示例。电极驱动电路106包括用于提供信号P1的电路810和用于提供信号P2的电路820。每条线与电路810或电路820连接。也就是说，每个电极仅被提供信号P1和P2中的一个以用于触觉呈现。因此，电极驱动电路106获得简单的配置。
每个电路810包括开关811和812。开关811连接电极155和接地。开关812连接电极155和信号P1的信号源813。控制器107控制开关811和812以向电极155提供接地电位(参考信号)或用于触觉呈现的信号P1。
每个电路820包括开关821和822。开关821连接电极155和接地。开关822连接电极155和信号P2的信号源823。控制器107控制开关821和822以向电极155提供接地电位(参考信号)或用于触觉呈现的信号P2。
图20示出了电极驱动电路106的另一个配置示例。电极驱动电路106包括用于选择和提供信号P1、信号P2或参考信号的电路830。每条线与电路830连接。
电路830包括开关831、832和833。开关831连接电极155和接地。开关832连接电极155和信号P1的信号源834。开关833连接电极155和信号P2的信号源835。控制器107控制开关831、832和833以向电极155提供接地电位(参考信号)、信号P1或信号P2。该配置实现了信号P1和P2的各种图案。
图21示出了电极驱动电路106的又一配置示例。电极驱动电路106包括用于选择和提供信号P1、信号P2或参考信号并使能传感器功能的电路840。每条线与电路840连接。
电路840包括开关841、842、843和844。开关841连接电极155和接地。开关842连接电极155和信号P1的信号源845。开关843连接电极155和信号P2的信号源846。开关844连接电极155和传感器(未示出)。
控制器107控制开关841、842、843和844以向电极155提供接地电位(参考信号)、信号P1或信号P2、或者可选地向传感器提供来自电极155的信号。该配置将对于电极的传感器功能和触觉呈现功能合并。
图22示出了电极驱动电路106的又一配置示例。电极驱动电路106包括用于选择和提供信号P1、信号P2或参考信号并使能传感器功能的电路850。每条线与电路850连接。
电路850包括开关851、852、853和854。开关851连接电极155和参考信号857。开关852连接电极155和信号P1的信号源855。开关853连接电极155和与信号P1的信号源855连接的移相器856。开关854连接电极155和传感器(未示出)。参考信号857可以是等于传感器电路的参考交流信号的信号。移相器856产生与信号P1的相位不同的信号P2。在信号P1和信号P2之间的相位差是180度的情况下，移相器856可以是逆变电路。
参考图23A至图23D，描述了向触觉呈现设备提供传感器功能的示例。图23A示出了触觉呈现设备100处于不同状态的时段。图23B至23D均示出了处于不同状态的时段中的电极驱动电路的状态。触觉呈现设备100依次连接/断开与电极连接的开关，以展出触觉呈现时段231、放电时段232和传感器时段233。
在触觉呈现时段231中，电极155通过开关S2与信号P1连接。在放电时段232中，电极155通过开关S1与参考电位P0连接。在传感器时段233中，电极155通过开关S3与传感器电路连接。参考电位P0可以是参考电位电源、接地或交流电源。
由于在触觉呈现时段231期间存储到电极155的电压在放电时段232中被放电，因此传感器时段233中的传感器电路不受电极的电压影响以获得稳定的感测。
相位差与触觉刺激强度的关系
在下文中，描述了相位差与触觉刺激强度之间的关系。假设触摸物是手指来提供以下描述。如上所述，控制器107将频率相同但相位不同的两个正弦信号输入到彼此相邻地布置在面板上的两个电极。然而，用户的身体电位(手指的电位)根据用户状况(包括环境状况)而变化，因为触觉呈现设备100和用户是电独立的系统。
例如，当身体接地时，手指的电位是接地电位。当身体不接地时，手指的电位是两个信号P1和P2的电位的平均值((P1+P2)/2)。因此，在手指与触觉呈现装置100的电极之间产生的静电力(触觉刺激的强度)随着用户的状况而变化。因此，期望触觉呈现装置100根据用户的状况减小静电力触觉刺激的强度)的变化(。
本公开的触觉呈现设备100通过包括在特定范围内的两个正弦信号之间的相位差，根据用户的状况实现静电力(触觉刺激的强度)的较小变化。具体说明如下。
图24提供了对正弦信号对中的相位差与感觉到触觉刺激的最小电压幅值(检测阈值)之间的关系的主观估计。在图24的图表中，横轴表示正弦信号对中的相位差(以度为单位)，纵轴表示感觉到触感的电压(检测阈值)。空心圆表示身体接地时的估计；实心圆表示身体未接地时的估计。在每10度相位差处估计检测阈值。
在该估计中使用的触觉呈现设备向以如参考图3所述的棋盘图案的电极输入具有不同相位的两个信号。输入信号的频率为150Hz。
如从图24的图表中所理解的那样，当身体接地时的检测阈值与当身体未接地时的检测阈值之间的差明显地随着相位差而变化。在图24的图表中，当身体接地时的检测阈值与当身体未接地时的检测阈值之间的差在相位差为40度至60度的范围401中较小。此外，当身体接地时的检测阈值与当身体未接地时的检测阈值之间的差在相位差为110度至180度的范围402中也较小。
检测阈值与触觉刺激的强度具有使得以下的关系：如果用于呈现触觉刺激的电压幅值相同，则当检测阈值较低时感觉到较强的触觉刺激，并且当检测阈值较高时感觉到较弱的触觉刺激。图24表示当身体接地时的检测阈值与当身体未接地时的检测阈值之间的差在范围401和402中较小。这意味着触觉呈现设备呈现在范围401和402内与身体是否接地无关的基本相同的触觉刺激强度。图24还表示范围401中的检测阈值高于范围402中的检测阈值。来自触觉呈现设备的触觉刺激的强度随相位差而变化，并且触觉刺激在范围401中比在范围402中更弱。
如果触觉呈现设备与触摸物电气独立，则对各种设备的应用相对容易。然而，触摸物的电位随着环境状况和触摸物附近的电极的电位而变化，因此难以稳定地呈现一定的触觉刺激强度(静电力)。鉴于图24中的估计，通过将正弦信号对中的相位差设定在范围401或402内，可以获得一定强度的触觉刺激的稳定呈现。
在相位差范围401和402之间的触觉刺激的强度存在差异。具体地，触觉刺激在相位差范围401中比在相位差范围402中感觉更弱。在单独的区域或时段中使用具有不同的相位差的正弦信号对的情况下，触觉呈现设备100可以从一个相位差范围中选择一个正弦信号对的相位差，并从另一个相位差范围中选择另一个正弦信号对的相位差。结果，可以清楚地区分触觉刺激的强度。触觉呈现设备100可以从一个相位差范围中选择两个正弦信号对的相位差。
如上所述，已经描述了本公开的实施例；然而，本公开不限于前述实施例。本领域技术人员可以在本公开的范围内容易地修改、添加或转换前述实施例中的每个元件。一个实施例的配置的一部分可以用另一个实施例的配置代替，或者实施例的配置可以结合到另一个实施例的配置中。

Claims (11)

1.一种触觉呈现设备，包括：
面板，其具有包括多个电极的触觉呈现区域；和
控制器，其被配置为控制所述面板，
其中，所述控制器被配置为将第一正弦信号和第二正弦信号同时提供给所述触觉呈现区域中的第一区域，
其中，所述第一正弦信号和所述第二正弦信号被提供给所述第一区域中的不同电极，
其中，所述第一正弦信号和所述第二正弦信号具有相同的频率和不同的相位，并且
其中，所述控制器被配置为将幅值小于所述第一正弦信号和所述第二正弦信号的参考信号提供给围绕所述第一区域的外围区域。
2.根据权利要求1所述的触觉呈现设备，
其中，所述触觉呈现区域包括在同一时段中在空间上分离的多个第一区域，并且
其中，所述控制器被配置为将所述第一正弦信号和所述第二正弦信号同时提供给所述多个第一区域。
3.根据权利要求1所述的触觉呈现设备，其中，所述不同的相位之间的相位差是180度。
4.根据权利要求1所述的触觉呈现设备，其中，所述参考信号的电位是恒定的。
5.根据权利要求1所述的触觉呈现设备，其中，被配置为提供所述第一正弦信号和所述第二正弦信号的电路包括移相器或逆变电路。
6.根据权利要求1所述的触觉呈现设备，
其中，所述控制器被配置为将第三正弦信号和第四正弦信号同时提供给所述触觉呈现区域中的第二区域，
其中，所述第三正弦信号和所述第四正弦信号被提供给所述第二区域中的不同电极，
其中，所述第三正弦信号和所述第四正弦信号具有相同的频率和不同的相位，并且
其中，所述第一正弦信号与所述第二正弦信号之间的相位差和所述第三正弦信号与所述第四正弦信号之间的相位差是不同的。
7.根据权利要求6所述的触觉呈现设备，其中，所述第一区域和所述第二区域是分离的区域。
8.根据权利要求6所述的触觉呈现设备，
其中，所述第二区域的至少一部分被包括在所述第一区域中，并且
其中，所述控制器被配置为在不同于提供所述第一正弦信号和所述第二正弦信号的时段的时段中将所述第三正弦信号和所述第四正弦信号提供给所述第二区域。
9.根据权利要求6所述的触觉呈现设备，其中，所述第一正弦信号、所述第二正弦信号、所述第三正弦信号和所述第四正弦信号具有相同的幅值。
10.根据权利要求6所述的触觉呈现设备，
其中，所述控制器被配置为同时向所述触觉呈现区域中的第三区域提供第五正弦信号和恒定参考电位，并且
其中，所述第五正弦信号和所述参考电位被提供给所述第三区域中的不同电极。
11.根据权利要求6所述的触觉呈现设备，
其中，所述第一正弦信号与所述第二正弦信号之间的相位差在第一范围内，
其中，所述第三正弦信号与所述第四正弦信号之间的相位差在与第一范围不同的第二范围内，
其中，所述第一范围是从40度至60度，并且
其中，所述第二范围是从110度至180度。
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